CN104104330A

CN104104330A - 一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法

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Publication number: CN104104330A
Application number: CN201410336449.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡旭; 姜广宇; 王海松; 叶程广; 金涛
Original assignee: ANHUI LIGHT ENERGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: ANHUI LIGHT ENERGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明涉及一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法，属于电源中的绝缘检测方向，该系统的输入信号为光伏储能系统的直流电源信号，该系统包括绝缘模块、DSP模块和显示屏，DSP模块和显示屏连接绝缘检测板，输入信号经过绝缘检测模块后输送到DSP模块进行判断并输出结果显示在显示屏上。该系统的方法在绝缘检测电路的平衡电桥电路的两电桥臂之间增设了开关电路，开关电路为电阻R5和开关S1连接构成，闭合开关S1打破电桥平衡。本发明结合了平衡桥法和不平衡桥法，很好的解决了光伏储能系统的绝缘检测问题，解决了现有技术在光伏储能系统中，不能够判断正、负对地绝缘电阻同时下降而导致绝缘性能误判断的不足。

Description

一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法

技术领域

本发明涉及电源中的绝缘检测方向，具体涉及一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法。

背景技术

由于直流源一般为带极性的电源，如果直流源的正极或负极对地的绝缘电阻值下降至一定的值，会对系统乃至人身造成危害，因此需要通过一个检测电路来检测这一故障，并采取相应的保护措施。

绝缘检测的系统很多，现有的绝缘检测系统中，常用的绝缘检测系统有电桥法，交流信号注入法，直流检测法等。其中电桥法包括平衡电桥法和不平衡电桥法，交流信号注入法包括定频法和变频法。

平衡电桥法具有结构简单、成本低的特点，但该电路在正对地、负对地的绝缘电阻同时下降时，电桥仍保持平衡，无法判断出系统的故障；当存在多条回路并联时，也无法准确判断出是哪一条回路出现故障。不平衡电桥法能计算出正对地、负对地的绝缘电阻值，但该系统相比平衡电桥法而言控制较复杂；在联立方程组计算绝缘电阻值时，如果输入电压发生变化，会引起计算所得的阻值不准确等问题。

发明内容

为了克服现有技术中在光伏储能系统中，不能够判断正、负对地绝缘电阻同时下降而导致绝缘性能误判断的不足，本发明提供一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法。

本发明的技术方案是：一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统，该系统的输入信号为光伏储能系统的直流电源信号，该系统包括绝缘模块、DSP模块和显示屏，DSP模块和显示屏连接绝缘检测板，输入信号经过绝缘检测模块后输送到DSP模块进行判断并输出结果显示在显示屏上。

所述绝缘检测模块中设有绝缘检测电路，绝缘检测电路为平衡电桥与非平衡桥相结合构成的电路，电桥臂由电阻构成，其中两臂之间连接有电阻和开关。

所述绝缘检测系统还包括有调理电路，调理电路连接在绝缘检测模块和DSP模块之间。

所述调理电路由电压跟随器、积分器和隔离器件连接构成。

一种用于光伏储能系统的绝缘检测方法，该方法中在绝缘检测电路的平衡电桥电路的两电桥臂之间增设了开关电路，开关电路为电阻R5和开关S1连接构成，闭合开关S1打破电桥平衡。

所述平衡电桥的电桥臂为电阻R₊、R_-、R1和R2、R3和R4，输入电压为U_i，电阻R3和R4之间的输出电压为U_O，R₊和R_-之间接地，R2、R3之间接地。

断开开关S1时，输入输出电压的关系公式为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}},

式中R1＝R2，R3＝R4。

设输入输出电压的比值为K，则开关S1断开后，若0.73<k<5.14，则系统绝缘性能良好；若k>5.14，则正对地发生接地故障；若0<k<0.73，则负对地发生接地故障。

闭合开关S1时，输入输出电压的关系公式为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / R_{5} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}},

式中R₊＝R_-，R5＝R1+R2＝R3+R4。

设输入输出电压的比值为K，则开关S1闭合后，若0<k<6.17，则系统的正负对地同时发生接地故障，若k>6.17，则系统的光伏电池接地正常。

本发明有如下积极效果：本发明结合了平衡桥法和不平衡桥法，很好的解决了光伏储能系统的绝缘检测问题：(1)结构简单，易实现；(2)无须担心正、负对地绝缘电阻同时下降而导致绝缘性能误判断的情况；(3)需要控制的开关少，无需直接计算出对地电阻，检测速度与不平衡电桥法相比相对较快。

附图说明

图1是本发明中光伏储能系统的绝缘检测框架图；

图2是本发明中的绝缘检测电路原理图；

图3是本发明中的绝缘检测系统的调理电路图；

图4是本发明中的调理电路中的隔离器件功能框图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用系统等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统，该系统的输入信号为光伏储能系统的直流电源信号，该系统包括绝缘模块、调理电路、DSP模块和显示屏，输入信号经过绝缘检测模块后输送经过调理电路至DSP模块进行判断并输出结果显示在显示屏上，系统中的直流电源信号为光伏储能系统的光伏和电池。

如图1所示，光伏储能系统的直流电源信号为光伏和电池信号，光伏和电池电流分别经过滤波器、交流接触器(KM)和断路器(QF)输出的，经过逆变电路后，再经过滤波器到负载。其中光伏和电池直流电源信号作为系统的输入信号，输入到绝缘检测模块中，绝缘检测模块的主要构成是一个绝缘检测板。直流电源信号中的光伏和电池信号分别输入绝缘板的Ppv和Pbat端口，绝缘检测板的

Ppower端口接15V电源，绝缘检测板的com232端口连接显示屏，绝缘检测板的P6X2端口连接DSP模块，但是由于采集的电压信号有可能大于3.3V，直接送入DSP模块会损坏DSP模块，因此需要经过调理电路调理，调理电路位于绝缘检测板上。

绝缘检测模块中设有绝缘检测电路，如图2所示，绝缘检测电路原理图为平衡电桥构成的电路，电桥臂由电阻构成，电桥臂为电阻R₊、R_-、R1和R2、R3和R4，输入电压为U_i连接在电阻R₊、R_-的两端，电阻R3和R4之间的输出电压为U_O，R₊和R_-之间接地，R2、R3之间接地。其中两臂R₊、R1和R2之间连接有开关电路，开关电路为电阻R5和开关S1组成，S1一旦闭合就会打破电桥平衡电路。

断开开关S1时，绝缘检测电路为平衡电桥电路，运用平衡电桥法原理求得输入输出关系为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - - - (1)

由于光伏输入电压为200V～520V这一可变范围，因此不能直接用采样所得的电压信号进行直接判断。

令则式(1)变为：

k = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4})}{R_{+} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - - - (2)

取R1＝R2＝6MΩ，R3＝R4＝158KΩ,当R+或R-下降至1MΩ后视为绝缘出现异常，比值k经过调理电路后，送入DSP模块控制器进行判断。若0.73<k<5.14，则系统绝缘性能良好；若k>5.14，则正对地发生接地故障；若0<k<0.73，则负对地发生接地故障。

由于当正负对地发生同步故障时，根据式(2)无法判断，因此应再闭合开关S1，打破原有的电桥平衡，输入输出关系为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / R_{5} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - - - (5)

此时,R+＝R-，R5＝R1+R2＝R3+R4，则：

\begin{matrix} k = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4})}{R_{+} / / R_{5} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} \\ = \frac{(R_{5} + 2 R_{-}) R_{4}}{(2 R_{5} + 3 R_{-}) R_{5}} \end{matrix} - - - (4)

若0<k<6.17，则正负对地同时发生接地故障，若k>6.17，则光伏电池接地正常。电路需要控制的开关少仅有S1一个开关，无需直接计算出对地电阻，检测速度与不平衡电桥法相比相对较快，使用更加方便。

由于采集的电压信号有可能大于3.3V，直接送入DSP会损坏DSP，因此需要经过调理电路调理。如图3所示，调理电路主要由电压跟随器、积分器、隔离器件等几部分组成。电压跟随器和积分器电路主要是由芯片LM258AD及其外围电路组成，采集的信号输送到DSP模块判断后，若绝缘性能良好，则系统开始正常工作；反之则关闭系统。

由于该电路的输入端为200V以上的强电，而输出端为3.3V以内的弱电，因此出于安全考虑，需要在输入与输出之前增加一个隔离器件。隔离器件采用了型号HCNR201的快速光耦作为隔离器件，如图4所示，当输入端导通时，LED发光，从而驱使PD1和PD2导通，其中，PD1用于电路的反馈控制。本发明提供的一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统及其方法电路简单，无须担心正、负对地绝缘电阻同时下降而导致绝缘性能误判断的情况。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的系统构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于光伏储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，该系统的输入信号为光伏储能系统的直流电源信号，该系统包括绝缘模块、DSP模块和显示屏，DSP模块和显示屏连接绝缘检测板，输入信号经过绝缘检测模块后输送到DSP模块进行判断并输出结果显示在显示屏上。

2.根据权利要求1所述的用于光伏储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，所述绝缘检测模块中设有绝缘检测电路，绝缘检测电路为平衡电桥与非平衡桥相结合构成的电路，电桥臂由电阻构成，其中两臂之间连接有电阻和开关。

3.根据权利要求1所述的用于光伏储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，所述绝缘检测系统还包括有调理电路，调理电路连接在绝缘检测模块和DSP模块之间。

4.根据权利要求3所述的用于光伏储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，所述调理电路由电压跟随器、积分器和隔离器件连接构成。

5.一种用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，该方法中在绝缘检测电路的平衡电桥电路的两电桥臂之间增设了开关电路，开关电路为电阻R5和开关S1连接构成，闭合开关S1打破电桥平衡。

6.根据权利要求5所述的用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，所述平衡电桥的电桥臂为电阻R₊、R_-、R1和R2、R3和R4，输入电压为U_i，电阻R3和R4之间的输出电压为U_O，R₊和R_-之间接地，R2、R3之间接地。

7.根据权利要求6所述的用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，断开开关时，输入输出电压的关系公式为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}},

式中R1＝R2，R3＝R4。

8.根据权利要求7所述的用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，设输入输出电压的比值为K，则开关S1断开后，若0.73<k<5.14，则系统绝缘性能良好；若k>5.14，则正对地发生接地故障；若0<k<0.73，则负对地发生接地故障。

9.根据权利要求6所述的用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，闭合开关S1时，输入输出电压的关系公式为：

U_{0} = \frac{R_{-} / / (R_{3} + R_{4}) U_{i}}{R_{+} / / R_{5} / / (R_{1} + R_{2}) + R_{-} / / (R_{3} + R_{4})} * \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}},

式中R₊＝R_-，R5＝R1+R2＝R3+R4。

10.根据权利要求9所述的用于光伏储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，设输入输出电压的比值为K，则开关S1闭合后，若0<k<6.17，则系统的正负对地同时发生接地故障，若k>6.17，则系统的光伏电池接地正常。